JP2015096942A - 表示パネル及び表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】PSA技術を用いた表示パネル及び表示装置を提供する。【解決手段】表示パネルは、第1基板と、第2基板と、液晶層とを含む。第1基板は、第1透明導電層と、第1配向層とを備え、第1透明導電層は、第1表面と、少なくとも1つの第1切欠きとを有し、第1表面は、第2基板に臨む。第1配向層は、第1部分と第2部分とを有し、第1部分は、第1切欠き内に配置され、第2部分は、第1表面上に配置され、かつ、第1配向層の第1部分の表面粗さは、第2部分の表面粗さより大きい。第2基板は、第1基板に対向配置され、液晶層は、第1基板と第2基板との間に介在する。【選択図】図2C

Description

本発明は、表示パネル及び表示装置に関し、特に、PSA(Polymer Sustained Alignment)技術を用いた表示パネル及び表示装置に関する。
技術の進歩に伴い、フラットパネル表示装置は様々な分野に幅広く使用されるようになっている。特に、軽薄性,低消費電力性,非放射性に優れた液晶表示装置は、従来の陰極線管表示装置の代わりに、例えば、携帯電話、携帯型マルチメディア装置、ノートパソコン、液晶テレビ、及び液晶スクリーンなどの様々な電子製品に使われるようになっている。
現在、薄膜トランジスタ液晶表示装置(TFT LCD)の広視野角化技術には,マルチドメイン垂直配向(Multi−domain Vertical Alignment,MVA)技術などがある。MVA技術において、ポリマー配向支持(Polymer Sustained Alignment,PSA)技術は、開口率やコントラストなどの光学特性を向上させることができる量産化及び成熟した技術である。PSA技術では、液晶層及び/又は配向層中に光反応性モノマー(monomer)を添加した後、電圧を印加するとともに、紫外線照射によって光反応性モノマーを硬化させて、配向層上に重合した高分子ポリマー(polymer)を形成し、硬化したポリマーを、薄膜トランジスタ基板又はカラーフィルタ基板上のパターン化された透明導電層のパターンに基づいて配列させる。この高分子ポリマーにより、液晶にはマルチドメイン(multi−domain)配向を得る目的を達成する。
従来のPSA技術では、薄膜トランジスタ基板又はカラーフィルタ基板上の透明導電層にパターン化された切欠きを形成し、この切欠きにより表示パネルの画素電極が駆動されて電界を形成して、透明導電層上に形成された配向層によって、液晶分子を元のプレチルト(pre−tilt)方向に沿って配向させる。これにより、液晶の応答速度を向上させるだけでなく、表示パネルにはマルチドメイン配向を得る目的を達成することができる。
しかしながら、表示パネルの画素電極が駆動されて電界を形成する際、透明導電層の切欠き内には透明導電層が存在しないため、その電界が透明電極層の存在する領域の電界より弱い。この現象により、切欠きに対応した液晶分子は周囲の電界の影響を受けて、その配向を効果的に制御することができず、液晶分子の配向の乱れが生じる。その結果、液晶の応答速度(response time)に影響を与えるだけでなく、さらに画像残像(image retention)が生じるおそれがある。
したがって、切欠きに位置する液晶分子の配向が不安定となる状況を改善でき、さらに、切欠きに位置する液晶の応答速度低下又は画像残像の問題を避ける表示パネル及び表示装置を提供することは、重要な課題の一つである。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、切欠きに位置する液晶分子の配向が不安定となる状況を改善し、さらに、切欠きに位置する液晶の応答速度低下又は画像残像の問題を避ける表示パネル及び表示装置を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の表示パネルは、第1基板と、第2基板と、液晶層とを含む。第1基板は、第1透明導電層と、第1配向層とを備え、第1透明導電層は、第1表面と、少なくとも1つの第1切欠きとを有し、第1配向層は、第1部分と第2部分とを有し、第1部分は、第1切欠き内に配置され、第2部分は、第1表面上に配置され、かつ、第1配向層の第1部分の表面粗さは、第2部分の表面粗さより大きい。第2基板は、第1基板に対向配置され、液晶層は、第1基板と第2基板との間に介在する。
上述した目的を達成するために、本発明の表示装置は、表示パネルを含み、表示パネルは、第1基板と、第2基板と、液晶層とを含み、第1基板は、第1透明導電層と、第1配向層とを備え、第1透明導電層は、第1表面と、少なくとも1つの第1切欠きとを有し、第1配向層は、第1部分と第2部分とを有し、第1部分は、第1切欠き内に配置され、第2部分は、第1表面上に配置され、かつ、第1配向層の第1部分の表面粗さは、第2部分の表面粗さより大きく、第2基板は、第1基板に対向配置され、液晶層は、第1基板と第2基板との間に介在する。
一実施形態において、第1部分の最大高さ粗さは、第2部分の最大高さの粗さより大きい。
一実施形態において、第1部分は、複数の第1突起物を有し、第2部分は、複数の第2突起物を有し、複数の第1突起物のうちの最大高さは、複数の第2突起物のうちの最大高さより高い。
一実施形態において、第1切欠きの断面の最大幅が5μm以上30μm以下である。
一実施形態において、第2基板は、第2透明導電層を有し、第2透明導電層は、間隔をおいて配置された複数のサブ透明導電部を有し、複数のサブ透明導電部のそれぞれは、複数の第1切欠きの少なくとも1つに対応して配置されている。
一実施形態において、互いに隣接する2つのサブ透明導電部の間に第2切欠きを有し、第2透明導電層は、第1表面に臨む第2表面をさらに有し、第2基板は、第2配向層をさらに有し、第2配向層は、第3部分と第4部分とを有し、第3部分は、第2切欠き内に配置され、第4部分は、第2表面上に配置され、かつ、第2配向層の第3部分の表面粗さは、第4部分の表面粗さより大きい。
上記のように、本発明の表示パネル及び表示装置において、表示パネルには駆動によって電界が形成される際、第1配向層及び第2配向層に重合した高分子ポリマーを用いて、液晶分子を元のプレチルト方向に沿って配向させる。これにより、液晶の応答速度を向上させるだけでなく、表示パネル及び表示装置にはマルチドメイン配向を得る目的を達成することができる。また、第1配向層の第1部分は、第1透明導電層の第1切欠き内に配置され、第2部分は、第1透明導電層の第1表面上に配置され、かつ第1配向層の第1部分の表面粗さが第2部分の表面粗さより大きいため、第1部分における比較的粗い又は顆粒の大きい突起物によって、第1部分に対応した領域内の液晶分子は、切欠き周囲の電界の影響を受けにくく、比較的安定している。これにより、本発明の表示パネル及び表示装置は、切欠きに位置する液晶の応答速度低下又は画像残像の問題を避けることができる。
本発明の好ましい実施形態に係る表示パネルを示す概略平面図である。 図1AのA−A線に沿った概略断面図である。 最大高さ粗さを示す概略図である。 第1切欠きのエッジ両側の基準長さを示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る第1配向層の第1部分の一部と第2部分のSEM画像を示す概略図である。 図1Bの表示パネルの一部を示す断面概略図である。 本発明の好ましい実施形態に係る表示装置を示す概略図である。
以下、本発明の好ましい実施形態に係る表示パネル及び表示装置を例示し、添付図面を参照して詳しく説明する。同一要素には同一符号を付する。
本発明の表示パネルは、例えば、IPS(in−plane switching)モードの液晶表示パネル、FFS(fringe field switching)モードの液晶表示パネル、VA(vertical alignment)モードの液晶表示パネル、PA(photo alignment)モードの液晶表示パネル又は3D液晶表示パネルであってもよいが、特に限定されない。
図1A及び図1Bを参照する。図1Aは、本発明の好ましい実施形態に係る表示パネル1を示す概略平面図である。図1Bは、図1Aの表示パネル1において、A−A線に沿った概略断面図である。ここで、表示パネル1の要素の相対的な関係を明らかに示すために、図1Aにおいて、表示パネル1の第1基板11の第1透明導電層111、第1切欠きO1、及び第2基板12の第2透明導電層121における互いに隣接するサブ透明導電部1211のみが示され、かつ第1切欠きO1が2つ、サブ透明導電部1211が2つのみ示されている。
表示パネル1は、第1基板11、第2基板12及び液晶層13を含んでいる。第1基板11は、第2基板12に対向配置され、液晶層13は、第1基板11と第2基板12との間に介在している。そのうち、第1基板11及び第2基板12は、透光性材料からなり、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板であるが、これらに限定されない。本実施形態において、第1基板11は、カラーフィルタ基板を例とし、第2基板12は、薄膜トランジスタ基板を例としたが、他の実施形態において、第1基板11がBOA(BM on array)基板となるように、カラーフィルタ基板上のブラックマトリックス(Black Matrix)層を、薄膜トランジスタ基板上に配置してもよく、或いは、第1基板11がCOA(color filter on array)基板となるように、フィルタ層を薄膜トランジスタ基板上に配置してもよい。特に限定されない。
第1基板11は、第1透明導電層111及び第1配向層112を備え、第1配向層112は、第1透明導電層111上に配置されている。また、第1基板11は、フィルタ層113及びブラックマトリックス層BMをさらに備えている。フィルタ層113、第1透明導電層111及び第1配向層112は、透光基板114上に順に配置され、かつ、ブラックマトリックス層BMも、透光基板114上に配置されている。フィルタ層113は、複数のフィルタ部を有し、互いに隣接する2つのフィルタ部の間に一部分のブラックマトリックス層BMを有している。なお、ブラックマトリックス層BMは、非透光性材料であり、例えば金属や樹脂である。金属は、クロム、クロミア又はクロム酸窒化化合物が挙げられる。ブラックマトリックス層BMは非透光性材料であるため、第1基板11上には、非透光領域が形成されることができる。これにより、さらに、透光領域が定義されることができる。光線が第1基板11の透光領域を通過する際、第1基板11のこれらフィルタ部により色が表示される。
第1透明導電層111は、第1表面S1及び少なくとも第1切欠きO1を有し、第1表面S1は第2基板12に臨んでいる。ここで、第1透明導電層111は、複数の第1切欠きO1を有するものを例とした。第1切欠きO1の断面は、最大幅が5μm以上30μm以下であり、その形状が、例えば円形、多角形又は不規則形であってもよい。ここで、円形で直径が15μmを例とした。第1透明導電層111の材料は、例えば、インジウムスズ酸化物(indium−tin oxide,ITO)、インジウム亜鉛酸化物(indium−zinc oxide,IZO)、アルミニウム亜鉛酸化物(aluminum−zinc oxide,AZO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)、又は酸化亜鉛(zinc oxide、ZnO)であってもよいが、特に限定されない。また、第1配向層112は、第1部分P1及び第2部分を含み、第1部分P1は、第1切欠きO1内に配置され、第2部分P2は、第1表面S1上に配置されている。つまり、第1配向層112の第2部分P2は、第1透明導電層111が第2基板12に臨む表面(第1表面S1)に形成され、第1配向層112の第1部分P1は、これら第1切欠きO1内に形成されている。第1配向層112の材料は、ポリイミド(polyimide,PI)であってもよいが、これに限定されない。
第1配向層112の第1部分P1の表面粗さは、第2部分P2の表面粗さより大きい。一般には、表面粗さを表すには、中心線平均粗さ、最大高さ粗さ及び十点平均粗さなど3つの方法がある。最大高さ粗さについて、図2Aに示すように、断面曲線Cから一定の長さを基準長さLとして抜き取って、基準長さLにおいて、断面曲線Cの最高点と最低点とによって断面曲線Cの平均線L1に平行な2本の直線L2及び直線L3を描いて、この2本の直線L2と直線L3との間の垂直距離Dは最大高さ粗さである。言い換えれば、基準長さLにおいて、基準長さLに沿う方向に、基準長さLと垂直な方向に断面曲線Cの最高点と最低点との間の距離である。図2Bに示すように、一実施形態において、第1切欠きO1のエッジ両側(即ち、第1部分P1及び第2部分P2)の長さL(即ち、基準長さ)の最大高さ粗さを比較する。Lの最小値は、例えば1μmであってもよく、最大値は第1切欠きO1の断面幅(例えば15μm)であってもよい。具体的には、本発明の第1配向層112の第1部分P1の最大高さ粗さは、第2部分P2の最大高さ粗さより大きい。或いは、第1配向層112の第1部分P1の中心線平均粗さは、第2部分P2の中心線平均粗さより大きい。或いは、第1配向層112の第1部分P1の十点平均粗さは、第2部分P2の十点平均粗さより大きい。特に限定されない。
また、図2Cは、本発明の一実施形態に係る第1配向層112の第1部分P1の一部と第2部分P2のSEM画像を示す概略図である。
本実施例において、第1部分Pは、複数の第1突起物R1を有し、第2部分P2は、複数の第2突起物R2を有し、第1部分P1の表面粗さは、第2部分P2の表面粗さより大きく、かつ、これら第1突起物R1のうちの最大高さは、これら第2突起物R2のうちの最大高さよりも高い。具体的には、図2Cに示すように、第1部分P1は第2部分P2より粗くて大きい(比較的高い)突起物を有するだけでなく、第1部分P1のこれら第1突起物R1の平均高さは、第2部分P2のこれら第2突起物R2の平均高さよりも高い。本実施形態において、平均高さは、同じ大きさの領域内(例えば、直径の最小値が1μm、最大値が第1切欠きO1の断面幅である円形領域内)に、突起物の高さが、例えば0.05μmより高く、2μmより低い場合のみ、計算に入れられる。計算に入れたこれら突起物において、第1部分P1のこれら第1突起物R1のうちの最大高さは、第2部分P2のこれら第2突起物R2のうちの最大高さよりも大きく、かつ、第1部分P1のこれら第1突起物R1の平均高さは、第2部分P2のこれら第2突起物R2の平均高さよりも大きい。
また、図1A及び図1Bを参照すると、第2基板12は、第2透明導電層121を備え、第2透明導電層121は、間隔をおいて配置された複数のサブ透明導電部1211を有し、これらサブ透明導電部1211は、透光基板124の第1基板11に臨む表面に配置されている。そのうち、これらサブ透明導電部1211は、二次元アレイ状に配置され、それぞれ表示パネル1における1つのサブ画素(sub−pixel)の画素電極であり、かつ、各サブ透明導電部1211は、第1切欠きO1の少なくとも1つに対応して配置されている。本実施例において、各サブ透明導電部1211は、1つの第1切欠きO1に対応して配置されている。しかし、他の実施形態において、各サブ透明導電部1211は、複数の第1切欠きO1に対応して配置されてもよい。また、互いに隣接する2つのサブ透明導電部1211の間には、第2切欠きO2が形成されている。
第2基板12は、第2透明導電層121上に配置された第2配向層122をさらに有し、第2透明導電層121は、第1表面S1に臨む第2表面S2をさらに有する。そのうち、第2配向層122は、第3部分P3及び第4部分P4を有し、第3部分P3は、これら第2切欠きO2内に配置され、第4部分P4は、第2表面S2上に配置されている。また、第2配向層122の第3部分P3の表面粗さは、第4部分P4の表面粗さより大きい。第3部分P3は、複数の第3突起物を有し、第4部分P4は、複数の第4突起物を有し、かつ、これら第3突起物のうちの最大高さは、これら第4突起物のうちの最大高さよりも高い。なお、表面粗さについては、上記説明を参照できるため、省略する。
なお、表示パネル1は、光反応性モノマー(図示せず)をさらに含んでもよい。光反応性モノマーは、液晶層13内に混合されてもよく、或いは、第1配向層112及び第2配向層122内に混合されてもよく、或いは、液晶層13と第1配向層112及び第2配向層122内に同時に混合されてもよいが、特に限定されない。表示パネル1にPSA技術を用いる場合、フォトマスクを用いて、電界強度並びに第1部分P1の領域及び第2部分P2の領域に照射する紫外線の時間及び強度を制御して、光反応性モノマーを硬化させることによって、第1配向層112の第1部分P1及び第2部分P2に重合した高分子ポリマーは、第1部分P1の表面粗さが第2部分P2の表面粗さより大きいように、粗さ及び平均高さの異なる突起物を形成する。
図3は、図1Bの表示パネル1の一部を示す断面概略図である。
本実施形態において、表示パネル1には、駆動によって電界が形成される際、第1配向層112及び第2配向層122に重合した高分子ポリマーを用いて、液晶層13の液晶分子131を元のプレチルト方向に沿って配向させる。これにより、液晶の応答速度を向上させるだけでなく、表示パネル1にはマルチドメイン配向を得る目的を達成することができる。また、第1配向層112の第1部分P1の表面粗さが第2部分P2の表面粗さより大きいため、第1部分P1における比較的粗い又は顆粒の大きい突起物(即ち、高分子ポリマー)によって、第1部分P1に対応した領域内の液晶分子131は、第1切欠きO1周囲の電界の影響を受けにくく、比較的安定している(比較的粗い又は顆粒の大きい高分子ポリマーは、その領域に対応した液晶分子を効果的に安定させて、液晶分子131の配向の乱れが生じ難い)。これにより、表示パネル1は、切欠きに位置する液晶の応答速度低下又は画像残像の問題を避けることができる。
図4は、本発明の好ましい実施形態に係る表示装置2を示す概略図である。
表示装置2は、表示パネル3とバックライトモジュール(Backlight Module)4とを含んでおり、表示パネル3は、バックライトモジュール4と対向配置されている。そのうち、表示パネル3は、上記の表示パネル1であってもよく、ここで、説明は省略する。バックライトモジュール4からの光線Eが表示パネル3を通過する際、表示パネル3の各画素により色が表示されて画像が形成される。
上述したように、本発明による表示パネル及び表示装置において、表示パネルには駆動によって電界が形成される際、第1配向層及び第2配向層に重合した高分子ポリマーを用いて、液晶分子を元のプレチルト方向に沿って配向させる。これにより、液晶の応答速度を向上させるだけでなく、表示パネル及び表示装置にはマルチドメイン配向を得る目的を達成することができる。また、第1配向層の第1部分は、第1透明導電層の第1切欠き内に配置され、第2部分は、第1透明導電層の第1表面上に配置され、かつ第1配向層の第1部分の表面粗さが第2部分の表面粗さより大きいため、第1部分P1における比較的粗い又は顆粒の大きい突起物によって、第1部分に対応した領域内の液晶分子は、切欠き周囲の電界の影響を受けにくく、比較的安定している。これにより、本発明の表示パネル及び表示装置は、切欠きに位置する液晶の応答速度低下又は画像残像の問題を避けることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と、実質的に同一の構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなる場合であっても本発明の技術的範囲に包含される。
1、3 表示パネル
11 第1基板
111 第1透明導電層
112 第1配向層
113 フィルタ層
114、124 透光基板
12 第2基板
121 第2透明導電層
1211 サブ透明導電部
122 第2配向層
13 液晶層
131 液晶分子
2 表示装置
4 バックライトモジュール
A−A 直線
BM ブラックマトリックス層
C 断面曲線
D 垂直距離
E 光線
L 基準長さ
L1 平均線
L2、L3 直線
O1 第1切欠き
O2 第2切欠き
P1 第1部分
P2 第2部分
P3 第3部分
P4 第4部分
R1 第1突起物
R2 第2突起物
S1 第1表面
S2 第2表面

Claims (12)

  1. 表示パネルであって、
    第1基板と、前記第1基板に対向配置された第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に介在する液晶層とを含み、
    前記第1基板は、第1透明導電層と、第1配向層とを備え、前記第1透明導電層は、第1表面と、少なくとも1つの第1切欠きとを有し、前記第1配向層は、第1部分と第2部分とを有し、前記第1部分は、前記第1切欠き内に配置され、前記第2部分は、前記第1表面上に配置され、かつ、前記第1配向層の前記第1部分の表面粗さは、前記第2部分の表面粗さより大きいことを特徴とする表示パネル。
  2. 前記第1部分の最大高さ粗さは、前記第2部分の最大高さの粗さより大きいことを特徴とする請求項1に記載の表示パネル。
  3. 前記第1部分は、複数の第1突起物を有し、前記第2部分は、複数の第2突起物を有し、前記複数の第1突起物のうちの最大高さは、前記複数の第2突起物のうちの最大高さよりも高いことを特徴とする請求項1に記載の表示パネル。
  4. 前記第1切欠きの断面の最大幅が5μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の表示パネル。
  5. 前記第2基板は、第2透明導電層を有し、前記第2透明導電層は、間隔をおいて配置された複数のサブ透明導電部を有し、前記複数のサブ透明導電部のそれぞれは、複数の前記第1切欠きの少なくとも1つに対応して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の表示パネル。
  6. 互いに隣接する2つの前記複数のサブ透明導電部の間に第2切欠きが形成され、前記第2透明導電層は、前記第1表面に臨む第2表面をさらに有し、前記第2基板は、第2配向層をさらに有し、前記第2配向層は、第3部分と第4部分とを有し、前記第3部分は、前記第2切欠き内に配置され、前記第4部分は、前記第2表面上に配置され、かつ、前記第2配向層の前記第3部分の表面粗さは、前記第4部分の表面粗さより大きいことを特徴とする請求項5に記載の表示パネル。
  7. 表示パネルを含む表示装置であって、
    前記表示パネルは、第1基板と、第2基板と、液晶層とを含み、
    前記第1基板は、第1透明導電層と、第1配向層とを備え、前記第1透明導電層は、第1表面と、少なくとも1つの第1切欠きとを有し、前記第1配向層は、第1部分と第2部分とを有し、前記第1部分は、前記第1切欠き内に配置され、前記第2部分は、前記第1表面上に配置され、かつ、前記第1配向層の前記第1部分の表面粗さは、前記第2部分の表面粗さより大きく、
    前記第2基板は、前記第1基板に対向配置され、
    前記液晶層は、前記第1基板と前記第2基板との間に介在することを特徴とする表示装置。
  8. 前記第1部分の最大高さ粗さは、前記第2部分の最大高さの粗さより大きいことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  9. 前記第1部分は、複数の第1突起物を有し、前記第2部分は、複数の第2突起物を有し、前記複数の第1突起物のうちの最大高さは、前記複数の第2突起物のうちの最大高さよりも高いことを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  10. 前記第1切欠きの断面の最大幅が5μm以上30μm以下であることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  11. 前記第2基板は、第2透明導電層を有し、前記第2透明導電層は、間隔をおいて配置された複数のサブ透明導電部を有し、前記複数のサブ透明導電部のそれぞれは、複数の前記第1切欠きの少なくとも1つに対応して配置されていることを特徴とする請求項7に記載の表示装置。
  12. 互いに隣接する2つの前記複数のサブ透明導電部の間に第2切欠きが形成され、前記第2透明導電層は、前記第1表面に臨む第2表面をさらに有し、前記第2基板は、第2配向層をさらに有し、前記第2配向層は、第3部分と第4部分とを有し、前記第3部分は、前記第2切欠き内に配置され、前記第4部分は、前記第2表面上に配置され、かつ、前記第2配向層の前記第3部分の表面粗さは、前記第4部分の表面粗さより大きいことを特徴とする請求項11に記載の表示装置。
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